美國《科學》雜志日前刊發(fā)一項研究成果說，美國研究人員利用基因工程手段縮短農(nóng)作物的“光呼吸”路徑，可使某些農(nóng)作物增產(chǎn)達40%，有望用于應對全球人口增長帶來的糧食短缺挑戰(zhàn)。

植物通過光合作用將二氧化碳和水轉(zhuǎn)化為能量，“二磷酸核酮糖羧化酶”是參與光合作用的關鍵酶。在富氧環(huán)境中，這種酶會錯把氧氣分子認作二氧化碳，與之結(jié)合生成有害物質(zhì)。這種光合作用“小故障”導致的有毒中間產(chǎn)物要依靠“光呼吸”降解，但后者是一個損耗能量的過程，不利于提高產(chǎn)量。

為節(jié)省這種能量的消耗，伊利諾伊大學厄巴納-尚佩恩分校等機構研究人員通過一系列的基因改造和調(diào)控設計出3種不同的“光呼吸”替代路徑，大大縮短了“光呼吸”原本迂回復雜的反應路徑。隨后，他們在實驗室中對約1700種植物進行壓力測試，篩選出表現(xiàn)最優(yōu)的基因，不斷優(yōu)化“光呼吸”替代反應的路線。

在為期兩年的田野研究中，他們發(fā)現(xiàn)，經(jīng)基因改造縮短“光呼吸”路徑的作物生長更快、更高、莖部更粗大，比普通作物多產(chǎn)出40%的生物質(zhì)能。目前，田野研究主要利用煙草展開，下一步研究人員將嘗試用這種技術使大豆、豇豆、大米、馬鈴薯、西紅柿、茄子等農(nóng)作物增產(chǎn)。

“這種‘光呼吸’捷徑是一項植物工程壯舉，（實驗）證明了它是一種能大幅提高光合作用效率的獨特手段。”伊利諾伊大學厄巴納-尚佩恩分校教授斯蒂芬·朗說。

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